Soutenance de thèse de Sanjeev KUMAR

L'évaporation de gouttes sessiles de divers liquides volatils et non volatils fait l'objet de nombreuses recherches. En effet, en raison de l'écoulement interne impliqué et de ses instabilités, la physique du processus d'évaporation est complexe en raison des nombreuses interactions complexes entre la goutte de liquide et son environnement. Dans cette thèse, nous avons exploré la dynamique d'une goutte sessile sur un substrat chauffé dans des conditions de microgravité (obtenues lors de vols paraboliques et d'expériences de fusées sondes). Des approches numériques et expérimentales ont été utilisées. La microgravité nous permet de quantifier et de distinguer l'influence de la convection naturelle sur le taux d'évaporation. Les résultats des expériences au sol et en fusée sonde montrent que la convection en phase vapeur pourrait jouer un rôle important dans l'évaporation de gouttes sessiles sous gravité. Un modèle numérique a été développé pour mieux comprendre la dynamique des gouttes qui se produit pendant le processus d'évaporation. Une validation quantitative de notre modèle a été effectuée en le comparant aux résultats expérimentaux. Nous suggérons une corrélation pour le taux d'évaporation d'une goutte sessile d'éthanol qui tient compte des paramètres physiques pertinents du problème. Simultanément, nous fournissons une analyse du mouvement de l'écoulement avec des calculs résolus en 3D pour toute la durée de vie de la goutte sessile qui s'évapore. Grâce à cette analyse, nous donnons un aperçu de l'effet Marangoni dans la dynamique du processus d'évaporation et de l'apparition d'instabilités secondaires. Nous saisissons les influences fines de l'apparition des instabilités secondaires sur le taux d'évaporation. Parallèlement, nous définissons le seuil d'instabilité pour la transition entre les instabilités primaires et secondaires de Marangoni via le nombre de Marangoni thermique et le rapport d'aspect géométrique.

The evaporation of sessile drops of various volatile and non-volatile liquids is the subject of many investigations. Indeed owing to the involved internal flow and its instabilities, the physics of the evaporation process is complex due to the numerous intricate interactions between liquid drop and its environments. In this thesis, we have explored the dynamics of a sessile drop on a heated substrate under microgravity conditions (obtained in parabolic flights and sounding rocket experiments). Both numerical and experimental approaches have been under taken. Microgravity helps us to quantify and distinguish the influence of natural convection on the evaporation rate. The results from the ground and sounding rocket experiments evidence that convection in vapor phase could play an important role in evaporation of sessile drops under gravity. A numerical model have been developed to better understand the drop dynamics that takes place during the evaporation process. A quantitative validation of our model have been performed by comparing to experimental results. We suggest a correlation for the evaporation rate of an Ethanol sessile drop that accounts for relevant physical parameters of the problem. Simultaneously, we provide an analysis on the flow motion with 3D resolved computations for the whole lifetime of evaporating sessile drop. Thanks to this analysis, we provide an insight of the Marangoni effect in the dynamics of evaporation process and the occurrence of secondary instabilities. We capture the fine influences of the secondary instabilities appearance on the evaporation rate. Concurrently, we define the instability threshold for the transition from primary to secondary Marangoni instabilities via thermal Marangoni number and geometrical aspect ratio.